一、第 6 章解决什么
第 4 章管外壳,第 6 章管电气绝缘——即"聚合物材料被依赖用来降低着火与触电风险"的所有场合。6.1.1 条说得很清楚:材料性能必须结合具体的"终端用途(end use)"来判定,本章确立的是通用最低要求。
6.1.3 条补了一句结构性的话:本章要求是对第 4 章外壳要求的补充,不是替代。一个聚合物外壳既可以是外壳(走 Table 4.1),同时又是绝缘(走 Table 6.1)。实际上 Table 4.1 里就有一行"材料性能符合 Table 6.1:是/是/是"——三条路径都要过这一关。
6.1.2 条还划了个边界:本章**不覆盖大块聚合物材料(large masses)**的应用。是否防触电或防人身伤害是一回事,考虑它被产品内部或外部引燃源点燃的可能性是另一回事——后者走第 19 章的火焰蔓延要求。
另有一条硬约束在 6.1.7:非刚性发泡材料(拉伸或弯曲模量 < 0.69 GPa,密度 < 0.5 g/cm³)一般不认为可接受用于直接或间接支撑带电件。做泡棉缓冲结构时要留意。
二、Figure 6.1 + Table 6.1:两步定位法
Table 6.1 是一张二维矩阵:横向是阻燃等级,纵向是性能项。但真正决定"要不要查这一行"的,是表格最后一列的 Figure 6.1 构造示例编号。
6.1.4 条给出了使用方法:
- 先看终端产品里的构造特征,去 Figure 6.1 找最接近的示意例(figurative example);
- 拿这个示例编号回到 Table 6.1,逐行看该编号是否出现在最后一列;
- 出现的行,就是这种构造必须评估的性能项,以及对应的最小 PLC 要求。
标准在 6.1.4 的 Note 里给了一个实例:若某个应用最接近 Figure 6.1 的示例 No.7,则该材料应就模应力消除(对应表中的变形/载荷下变形行)、抗蠕变、以及最高使用温度三项进行评估。
三、Table 6.1 全表解读
下表按原文结构整理。阻燃等级分四列:V-0 / V-1 / V-2(含 VTM-0、VTM-1、VTM-2)/ HB。单元格中"PLC n"表示"最大允许 PLC 为 n",即性能不得低于第 n 档。
3.1 电气强度(ELECTRIC STRENGTH)
| 性能 | 试验方法 | 单位 / PLC | V-0 | V-1 | V-2 / VTM | HB | 适用场合 | 示例 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 体积电阻率 | UL 746A(第 14 章) | 最小 Ω·cm(干燥) | 50×10⁶ | 50×10⁶ | 50×10⁶ | 50×10⁶ | 材料作为不同极性非绝缘带电件之间、或非绝缘带电件与(1)使用中可能接地的死金属件、(2)任何可接触表面之间的绝缘 | (1)(2)(3)(8) |
| 体积电阻率 | 同上 | 最小 Ω·cm(90% 湿度后) | 10×10⁶ | 10×10⁶ | 10×10⁶ | 10×10⁶ | 同上 | 同上 |
| 介电强度 | UL 746A(第 10 章) | 最小 V(rms)(干燥及 90% 湿度后) | 5000 | 5000 | 5000 | 5000 | 同体积电阻率 | (1)(2)(3)(8) |
介电强度(10.1)——若聚合物外壳被依赖作为电气绝缘,在使用厚度下、50–60 Hz 的介电强度应至少 5000 V rms,且在两种条件处理后都满足:
- 23.0 ±2.0°C、50 ±10% RH,40 小时;以及
- 35.0 ±2.0°C、90 ±5% RH,96 小时。
注意"使用厚度"三个字——不是标准试样厚度。
体积电阻率(14.1)——同样的两种条件处理,限值分别为 50 MΩ·cm 与 10 MΩ·cm。14.1 的 Exception 给了一条生路:体积电阻率偏低的材料,如果设备能满足 14.3 的泄漏电流要求,仍可认为可接受。14.3 规定,标称 120 V 电源的软线连接器具,按 72.1–72.5 测试时泄漏电流不得超过:
- 0.5 mA——未接地(两线)的便携式、驻立式或固定式器具;
- 0.5 mA——接地的(三线)便携式器具;
- 0.75 mA——接地的(三线)驻立式或固定式器具,且使用额定 20 A 或以下的标准插头。
3.2 耐起痕(TRACKING RESISTANCE)
| 性能 | 试验方法 | 单位 / PLC | V-0 | V-1 | V-2 / VTM | HB | 适用场合 | 示例 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CTI 比较起痕指数 | UL 746A(第 9 章) | 最大 PLC | 4 / 3 / 2 | 4 / 3 / 2 | 4 / 3 / 2 | 4 / 3 / 2 | 材料表面接触或紧邻(<0.8 mm)(a)不同极性非绝缘带电件,或(b)非绝缘带电件与(1)可能接地的死金属件、(2)任何可接触表面 | (2)(3)(4) |
| 倾斜平面起痕 | UL 746A(第 13 章) | 最小起痕时间(min),2.5 kV 激励下起痕 25.4 mm | 60 / 300 | 60 / 300 | 60 / 300 | 60 / 300 | 同 CTI,但按电压范围分段 | (2)(3)(4)(8) |
CTI 的三档按污染程度划分(9.4 条):
| 使用环境 | 最大 CTI PLC | 折合 CTI 电压 |
|---|---|---|
| 室内设备,相对清洁环境 | 4 | ≥ 100 V |
| 室外及室内设备,中等污染环境 | 3 | ≥ 175 V |
| 室外及室内设备,严重污染环境 | 2 | ≥ 250 V |
9.2 条有句很重要的话:CTI 是一个指数,与实际应用中的合适工作电压没有直接对应关系。Table 6.1 的数值仅供参考(9.5),具体终端产品可能要求更高或更低。
9.4 的 Exception 给了一条替代路径:不做预选试验,改按 IEC 60112 的耐起痕试验(Proof Tracking Test) 在外壳的一部分上进行,验证是否满足终端产品标准规定的 PTI(Proof Tracking Index)。做 IEC 体系项目时这条路更顺。
倾斜平面起痕(13.1–13.2)——CTI 只覆盖到 600 V。电压更高时改用倾斜平面法,覆盖 >600 V 至 ❤️5 kV:
- 601 V – 5 kV:最小起痕时间 60 分钟(13.2 的 Exception);
- 5,001 V – 35 kV:25.4 mm(1 英寸)起痕时间不少于 300 分钟。
高压电源、变频器、X 光设备一类产品会用到这一段。
3.3 耐电起燃(RESISTANCE TO ELECTRICAL IGNITION SOURCES)
| 性能 | 试验方法 | 单位 / PLC | V-0 | V-1 | V-2 / VTM | HB | 适用场合 | 示例 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HAI 高电流电弧引燃 | UL 746A(第 11 章) | 最大 PLC(脚注 d) | 3 | 2 | 2 | 1 | 材料接触或紧邻非绝缘带电件:非起弧件 0.8 mm(1/32 in),起弧件 12.7 mm(1/2 in) | (1)(2)(3)(4)(5)(8) |
| HWI 热丝引燃 | UL 746A(第 12 章) | 最大 PLC(脚注 e、f) | 4 | 3 | 2 | 2 | 材料接触或紧邻非绝缘带电件(< 0.8 mm) | (2)(3)(4)(8) |
注意这两行的方向:HB 料的 HAI 要求 PLC 1(最严),V-0 只要 PLC 3。逻辑是阻燃等级低的材料,必须靠更强的抗引燃能力来补偿。这与 11.4 条的成品判据完全对应:
| 材料阻燃等级 | 11.4 判据:不得在以下起弧次数内引燃 |
|---|---|
| V-0 | 15 次 |
| V-1 / V-2 | 30 次 |
| HB | 60 次 |
**HAI 电极位置(11.2)**是实操中最容易做错的一步:
- (a) 若带电件距聚合物材料 < 0.8 mm,电极置于材料表面;
- (b) 若起弧带电件的电弧源距材料 ≥ 0.8 mm 但 < 12.7 mm,电极置于材料表面上方,高度等于该最小距离。
11.1 的 Exception:非危险能量电路不必做 HAI 试验。
11.3–11.5 给了成品级替代路径:不合规的材料,可以用终端产品电路的实际功率(电流、电压、功率因数)按 48.1 的起弧试验做短路测试。判据除不起燃外,还要求不形成永久性碳化导电通路——判据是在带电件与不同电位的相邻部件之间施加终端产品标准规定的介电耐压(不低于 1000 V、60 Hz、1 分钟)。
HWI(第 12 章)——12.1.1 条规定,不满足 Table 6.1 最小 HWI 等级的材料,可通过异常过载试验或**灼热丝成品试验(GWEPT)**评估。三个例外让这条路经常用不上:
- Exception No.1:带电件与材料间距 ≥ 0.8 mm 时,两个试验都不必做;
- Exception No.2:非危险能量电路不必做;
- Exception No.3:若材料的 GWFI 值满足 Table 12.1 要求,不必做。
| 应用类型(Table 12.1) | GWEPT | GWFI |
|---|---|---|
| 便携式、有人值守、间歇工作制、家用设备 | 650°C | 650°C |
| 所有其他便携式设备 | 750°C | 750°C |
| 固定式或驻立式设备 | 750°C | 750°C |
GWEPT 的合格判据(12.3.1):无引燃,或所有火焰与灼热在移开灼热丝后 30 ±1 秒内熄灭(部件或火焰颗粒指示物被完全烧尽则不合格)。
Table 6.1 脚注 f 提醒:HWI 的 PLC 值基于试样引燃时的平均引燃时间;PLC 0 可能源于两种情形——引燃时间 > 120 秒,或所有试样熔穿而未发生任何引燃。做评估时要看原始记录区分。
3.4 永久性与变形(PERMANENCE / DISTORTION UNDER LOAD)
| 性能 | 试验方法 | 要求(所有阻燃等级相同) | 适用场合 | 示例 |
|---|---|---|---|---|
| 水暴露后尺寸变化 | UL 746A(26.2.1) | 最大 2% | 同体积电阻率场合,另含"材料维持带电件相对位置且可能受高湿/潮气影响"的应用 | (1)(2)(3)(4)(7)(8) |
| 载荷下变形:热变形温度 HDT | UL 746A | ≥ 使用温度 + 10°C,且 ≥ 90°C | 除装饰件外的所有应用 | (1)–(8) |
| 载荷下变形:维卡软化点 | UL 746A | ≥ 使用温度 + 25°C,且 ≥ 105°C | 同上 | 同上 |
| 载荷下变形:球压温度 | 第 29 章 / 第 62 章 | ≥ 使用温度 +(40°C − 环境温度),且 ≥ 95°C | 同上 | 同上 |
| 抗蠕变 | 第 23 章 | 在具体应用中评估 | 所有存在外部应力的应用 | (1)–(8) |
24.1.1 条说明:24.2–24.4 的试验是"材料在高温下抵抗模塑应力释放能力"的相对度量。若变形温度低于表中值,可以依据 29.1 的模应力消除变形试验结果来判定。
三个温度判据的形式不一样,容易记混:
- HDT:使用温度 +10°C,下限 90°C
- 维卡:使用温度 +25°C,下限 105°C
- 球压:使用温度 +(40°C − 环境温度),下限 95°C
球压那条比较绕,举个例子:使用温度 85°C、环境温度 25°C,则要求 ≥ 85 + (40−25) = 110°C。球压试验方法本身在 62.1 条指向 IEC 60695-10-2,判定点是压痕直径 = 2.0 ±0.1 mm 时的温度。
3.5 机械与热耐久
| 性能 | 试验方法 | 单位 | 要求 | 适用场合 | 示例 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拉伸或弯曲强度;拉伸/Izod/Charpy 冲击 | UL 746A(第 22 章) | MPa / kJ/m² 或 J/m | 在具体应用中判定 | 材料维持带电件相对位置或包封带电件 | (2)(4)(7)(8) |
| 相对温度指数 RTI | 第 36–38 章 | 最小 °C | 部件最高工作温度不得超过材料热耐久极限(按 Table 32.1 方法确定) | 除装饰件外的所有应用 | (1)–(8) |
**蠕变(第 23 章)**有两条时间基准,取决于应用是否"自缓解":
- 自缓解(应力随尺寸变化而消除):300 小时,正常工作温度,最大负载;
- 非自缓解(外力由重力等持续提供):1000 小时,正常工作温度,最大负载。
判定结果不得出现:影响正常操作或维修、导致带电件可触及、降低电气间距至不符合介电强度与泄漏电流要求、户外产品暴露内部元件于风化或水、以及导致依赖安全的金属对金属接合压力不可接受地下降。23.6 条允许使用厂商的蠕变数据做分析,但要求试验方法与应用条件足够接近。
四、Table 6.1 的四个脚注
脚注 a:仅通过 UL 94 垂直燃烧试验评为 5VA / 5VB 的材料,或按使用状态通过第 15/16/17 章成品火焰试验的材料,应按 V-1 档的推荐性能水平考核。
脚注 b:位于非危险能量电路中的材料(按相应终端产品标准定义),只需考核阻燃、载荷下变形与模应力消除、机械、最高使用温度几项;但若材料距起弧件或引燃源小于 12.7 mm,则还需考核耐电起燃性能。
脚注 d:HAI 试验时电极按 11.2 定位(见上文)。
脚注 e、f:HWI 的 PLC 分级表与"PLC 0 两种成因"的说明(见上文)。
五、内部隔板与屏障(第 7 章)
7.1 条规定:当不同极性非绝缘带电件之间、或非绝缘带电件与可触及金属件之间的间距不合格时,所采用的隔板或衬里应同时满足:
- (a) 隔板/衬里材料符合 Table 6.1;
- (b) 最小厚度 ≥ 0.71 mm;若配合不小于所需电气间隙一半的空气间隙使用,可降至 0.33 mm;
- (c) 若可能受到机械损伤,其机械强度(拉伸强度、抗撕裂、抗穿刺、冷流等)应等效于硫化纤维板,参考 UL 746E 第 9 章的硫化纤维性能数据。
7.1 的 Exception No.1 给了两种已认可的材料替代:
- 树脂粘结云母,0.15 mm 厚,仅限于不受机械损伤或位移的场合;
- PET 薄膜,0.18 mm 或以上。
7.2 条另有一类"物理屏障"要求:用于在预期操作和用户维修期间防止接触可能造成人身伤害的部件、或限制接近触电风险增高电路的材料,也应符合 Table 6.1。
六、Table 6.2:性能不达标时的九条生路
6.2.1 条说得很实在:有些材料的性能可能低于 Table 6.1 对其构造类型的最低要求,此时可在完整成品结构的背景下,通过专门试验判断较低的值能否在不增加风险的前提下被接受。6.2.2 引出 Table 6.2:
| # | 预选试验项 | 可用的成品级替代考量 |
|---|---|---|
| 1 | 体积电阻率 | 做成品泄漏电流试验(14.1 → 14.3) |
| 2 | 介电强度 | 使用更厚的材料截面(10.1) |
| 3 | 比较起痕指数 CTI | 加大间距 |
| 4 | 倾斜平面起痕 | 加大间距 |
| 5 | 永久性 | 做成品条件处理试验(26.2) |
| 6 | 载荷下变形 | 做成品模应力消除变形试验(应力源自成型或加工过程时)(29.1) |
| 7 | 高电流电弧引燃 HAI | 做成品耐电弧试验(11.3、11.4;方法见 48.1) |
| 8 | 热丝引燃 HWI | 做成品种异常过载试验,或成品灼热丝试验(第 12 章) |
| 9 | 最高使用温度 | 做成品热老化试验(第 35 章 RTI、第 36 章 RTC、第 38 章超温) |
这张表是整本标准里性价比最高的一页。很多"材料不合格"的结论,其实是不合格在预选(小尺寸试样)层面,而成品种的形状、爬面距离、厚度、散热片等往往提供了比小试样更好的抗引燃能力——11.5 条明确指出了这一点。
一个典型场景:某 PA66 支架的 HAI 只有 PLC 3(要求 PLC 2)。直接判不合格就换料?先想想——能不能把支架与端子的距离从 0.5 mm 拉到 13 mm 以上(Table 6.1 的 HAI 行只覆盖 0.8 mm / 12.7 mm 两种情况)?能不能改用成品起弧试验(48.1)证明实际不会形成碳化通路?这两条都不用换料。
七、五个常见误区
误区 1:把 CTI 的 PLC 当成"越高越好"。 PLC 越小越好。写完"最大 PLC 为 3"后,务必在报告里补一句"(折合 CTI ≥ 175 V)"。
误区 2:HAI 与 HWI 的要求方向搞反。 HB 料的 HAI 要求最严(PLC 1 / 60 次起弧),V-0 最松(PLC 3 / 15 次)。阻燃差的料要靠抗引燃补。
误区 3:介电强度 5000 V 用标准试样厚度测。 10.1 明确是"使用厚度(in the use thickness)",且干燥与 90% 湿度两种条件处理后都要满足。
误区 4:隔板 0.71 mm 是唯一答案。 配气隙可降到 0.33 mm;云母 0.15 mm、PET 0.18 mm 也被认可。设计时先确认能不能用气隙方案,往往能省下材料与空间。
误区 5:Table 6.1 一行不过就换料。 先看 Table 6.2 的九条替代路径,尤其"加大间距"这一条,成本通常远低于换料重开模。
八、检查清单
- 按 Figure 6.1 匹配最接近的构造示例,记录示例编号及选择理由
- 按示例编号筛出 Table 6.1 中必须评估的性能行,形成清单
- 收集 UL 746A 数据:体积电阻率(干燥 / 90% 湿度)、介电强度(使用厚度)
- 判定污染等级(清洁 / 中等 / 严重),导出 CTI PLC 门槛并折合电压
- 电压 > 600 V 时改查倾斜平面起痕,确认 60 min(601 V–5 kV)或 300 min(5–35 kV)
- HAI:确认带电件与材料距离,按 11.2 确定电极位置;确认是否为非危险能量电路
- HWI:确认间距是否 ≥ 0.8 mm、是否非危险能量电路、GWFI 是否满足 Table 12.1
- 变形温度:HDT / 维卡 / 球压三选一并核对公式与下限(90 / 105 / 95°C)
- 蠕变:判定是否自缓解,确定 300 h 或 1000 h
- 隔板:确认 0.71 mm 或 0.33 mm + 气隙方案,核对材料机械强度等效性
- 不达标项逐一对照 Table 6.2,优先评估"加大间距"与"成品试验"
- 发泡材料确认模量与密度,避免用于支撑带电件(6.1.7)